Материалы электронной техники

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

Электроизоляционные материалы

 

7. Как определяется  диэлектрическая проницаемость  для смеси нескольких диэлектриков?

_______________________________________________________

Для расчета диэлектрической проницаемости  диэлектриков сложного состава используют эквивалентные схемы замещения, как отдельных компонентов, так и всего неоднородного диэлектрика. Возможные варианты упорядоченного расположения компонентов могут быть представлены в виде их параллельного и последовательного включения. Совместное рассмотрение схем параллельного и последовательного соединения двух конденсаторов позволяет вывести обобщающую формулу Лихтенеккера для диэлектрической проницаемости смеси диэлектриков с диэлектрическими проницаемостями и :

,  (*)

где:  х – константа учета пространственного расположение компонентов, принимающая значение от х = +1 (при параллельном включении компонентов) до х = -1 (при последовательном расположении компонентов);

С_1,2 – объемные концентрации компонентов, .

Формула Лихтенеккера с успехом  применяется для расчета диэлектрической  проницаемости мелкодисперсных смесей, если и не очень сильно отличаются друг от друга.

Для мелкодисперсных хаотических смесей (пластмассы, пенопласты, керамика и др.), имеющих предельно неупорядоченное строение, можно принять, что константа х стремится к нулю. Чтобы избавиться от неопределенности, формулу Лихтенеккера дифференцируют по х:

.

тогда при х = 0 получится так  называемый логарифмический закон смещения:

 (**)

Если неоднородный диэлектрик состоит  из n компонентов, то формулы (*) и (**) приводятся к виду:

_________________________________________________________________

 

 

 

12. Постройте график зависимости  температурного коэффициента диэлектрической  проницаемости (ТКε) канифоли  от температуры, воспользовавшись приведенным на рис.5 графиком зависимости диэлектрической проницаемости канифоли от температуры.

 ε

4

Рис.5. Зависимость диэлектрической проницаемости канифоли от температуры.

3

2

1

0 20 40 60 80 100 120 140          t,°C

________________________________________________________________

По определению температурного коэффициента диэлектрической проницаемости:    .  (*)

По графику на рисунке 5 найдем приращения диэлектрической проницаемости , соответствующие определенным температурным интервалам :

- 0,7	- 0,3	0,3	0,5	0,3	- 0,3	- 0,3

Рассчитаем по (*) соответствующие этим интервалам ТКε, принимая за значения ε в знаменателе, значения, соответствующие середине интервала:

- 0,0125	- 0, 0064	0,0064	0,0093	0,0048	- 0,0048	- 0,0052

 

Построим график зависимости ТКε = ТКε (Т):

 

 

 

 

 

 

 

 

19. Полый цилиндр из диэлектрика с наружным диаметром 50 мм, внутренним диаметром 35 мм и высотой 125 мм зажат между металлическими электродами, к которым приложено напряжение 1500 В постоянного тока.

Определите  ток, протекающий через цилиндр  и потери мощности в нем, если диэлектриком является : 1)полиэтилен.

Значение удельного  объемного сопротивления возьмите из [1], табл.6-3, с.123. Величину удельного  поверхностного сопротивления примите в 10 раз меньше табличного значения r_V.

_________________________________________________________

Табличное значение удельного объемного  сопротивления:

= 10¹⁴ Ом×м, тогда удельное поверхностное сопротивление = 10¹³ Ом.

Сквозной ток, протекающий через  цилиндр, равен, по закону Ома:

,

где:    - объемное и поверхностное сопротивления цилиндра;

S – площадь поперечного сечения цилиндра;

L_{н, вн.} – длина наружной и внутренней окружностей в основании цилиндра;

h = 125 мм = 0,125 м – высота цилиндра;

d_наруж. = 50 мм = 0,05 м – наружный диаметр;

d_внутр. = 35 мм = 0,035 м – внутренний диаметр;

U = 1500 В – приложенное постоянное напряжение.

Подставим численные значения и  рассчитаем величину сквозного тока:

Потери мощности в цилиндре при  постоянном напряжении будут только потерями от сквозной проводимости:

.

_________________________________________________________

 

 

25. Определите ток утечки и  рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при постоянном напряжении 1 кВ, а также рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при переменном напряжении 1 кВ и частоте 1 кГц, если толщина диэлектрика 2 мм, а размер обкладок конденсатора 2*3 см. Значение r_v  и tgd возьмите из [1] и [3]. Поверхностной утечкой пренебрегите.

Варианты:  2)диэлектрик слюда (флогопит);

____________________________________________________________

Табличные значения r_v , tgd, (при 1 кГц) и для флогопита:

r_v = 0,5×10¹² Ом×м;  tgd = 1,5×10^-2;

= 6.

Ток утечки равен току проводимости через диэлектрик конденсатора при  постоянном напряжении (в установившемся режиме):

Мощность рассеиваемая в диэлектрике  при постоянном напряжении:

.

Мощность рассеиваемая в диэлектрике  при переменном напряжении, по известной формуле:

________________________________________________________

 

48. Что представляет собой  текстолит,какие материалы входят в его состав, какими свойствами он обладает и какова его технология ?

_________________________________________________________

Текстолит представляет собой слоистый материал (пластик), полученный горячим формованием (контактным, вакуумным, автоклавным или прессовым) хлопчатобумажных тканей, пропитанных термореактивным связующим веществом. Связующее вещество – чаще всего фенолформальдегидная смола. Реже применяют полиэфирные, фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиамидные, фурановые, кремнийорганические смолы или термопласты. Текстолит обладает высокой прочностью при сжатии, повышенной ударной вязкостью, хорошо обрабатывается сверлением, резанием, штамповкой. Его широко используют при изготовлении деталей, нагруженных знакопеременными электрическими и механическими нагрузками или работающих при трении. Очень хороший изолятор ( ), применяется для работы в трансформаторном масле и на воздухе в условиях нормальной относительной влажности окружающей среды при частоте тока 50Гц.

Кроме хлопчатобумажных тканей, при изготовлении используют другие материалы ( значительно расширяя спектр свойств конечного продукта). Так получают органотекстолиты (синтетические и искусственные волокна), стеклотекстолиты (различные стеклянные волокна), асботекстолиты (асбестовые волокна), углетекстолиты, или углеродо–текстолиты (углеродные волокна), базальтотекстолиты (базальтовые волокна) и другие. При этом используемые ткани различаются видом переплетения, толщиной и структурой нити или жгута, толщиной, поверхностной плотностью. Сегодня наибольшее применение в производстве текстолита находят однослойные ткани полотняного и сатинового переплетения. Для получения текстолитов с повышенной межслоевой прочностью применяют многослойные (объемноплетеные) ткани, слои в которых переплетены между собой.

 

 57. В чем заключается отличие  лаков от компаундов? Для чего применяются и те и другие в электроизоляционной технике?

____________________________________________________

1). Лак - раствор пленкообразующего вещества (основы лака) в растворителях, иногда с добавками пластификаторов, ускорителей, стабилизаторов, и предназначен для защиты изделия от внешней среды.

Лаковая основа образует пленку на поверхности изделия и состоит из битумов, высыхающих растительных масел, природных или синтетических смол, также из их композиций. Катализаторами пленкообразования (сиккативами) являются соединения свинца, кобальта, кальция, вводимые в виде солей, различных кислот.

Электроизоляционные лаки и компаунды  широко применяются в электроизоляционной и кабельной технике, в производстве электрических машин, турбо- и гидрогенераторов, аппаратов, трансформаторов, распределительных устройств, в высокоточной технике.

По назначению и выполняемым  функциям электроизоляционные лаки принято подразделять на пропиточные, покровные и клеящие.

Пропиточные лаки предназначены для  пропитки изоляции обмоток электрических  машин и аппаратов, а также  для пропитки различных электроизоляционных  материалов волокнистого строения –  бумаги, ткани, стеклоткани, электрокартона и д.р.

Покровные лаки  используют для  создания внешней защитной отделки  различных электроизоляционных  деталей, металлических узких деталей, покрытия предварительно пропитанных  обмоток электрических машин  и аппаратов. К этой группе относятся также эмальлаки, применяемые в кабельной в кабельной промышленности, и полупроводящие лаки, обладающие повышенной удельной проводимостью.

Клеящие лаки предназначаются для  склеивания различных электроизоляционных  материалов и деталей, слюды, бумаги, картона и т.п.

 

2) Компаунды в основном состоят из веществ, которые входят в состав лаковой основы, но в отличие от лаков не содержит растворителей. В момент применения при нормальной и повышенной температуре компаунды находятся в жидком состоянии и твердеют после охлаждения или в результате происходящих в них химических процессов.

В состав компаундов могут входить  активные разбавители, понижающие вязкость, пластификаторы, отвердители, инициаторы и ингибиторы, назначения которых  те же, что и в лаках. В состав компаунда могут также, как и в лаки, входить наполнители – неорганические и органические порошкообразные или волокнистые материалы, применяемые для уменьшения усадки, улучшения теплопроводности, уменьшения температурного коэффициента расширения и снижения стоимости. В качестве наполнителей применяют пылевидный кварц, тальк, слюдяную пыль, асбестовое и стеклянное волокно и ряд других.

Термопластичные компаунды, твердые  при нормальной температуре, при  нагревании размягчаются, становятся пластичными и переходят в жидкое состояние. При охлаждении снова затвердевают. Расплавление и отвердевание этой группы компаундов можно производить многократно Термореактивные компаунды в момент их применения находятся в жидком состоянии, а затем затвердевают в результате происходящих в них химических реакций. Отвердевание компаундов этой группы происходит под действием отвердителя или катализатора. После отвердевания компаунд становится твердым, неплавким и не растворимым в обычных растворителях.  Как и лаки, эти компаунды делятся на компаунды горячего и холодного отвердевания. Компаунды горячего отвердевания переходят в твердое состояние при специальной термической обработке, а компаунды холодного отвердевания переходят в твердое состояние под действием отвердителей.

Электроизоляционные компаунды делятся  на пропиточные и заливочные. Пропиточные  компаунды служат для заполнения пор, капилляров и воздушных включений  в электроизоляционных материалах, используемых главным образом, для  обмоток электрических машин, катушек аппаратов, трансформаторов и других электротехнических конструкций. После пропитки повышается электрическая прочность материала и всей конструкции в целом, улучшаются теплопроводность, теплоотдача обмоток, что позволяет увеличить мощность электрических машин и аппаратов при тех же размерах, увеличиваются механическая прочность, влагостойкость, срок службы всей конструкции.

Пропиточные и заливочные термопластичные  компаунды изготавливают на основе битумов, канифоли и масел. Они используются для заливки кабельных муфт, различных мест соединения выводных концов обмотки электрических машин с подводящими проводами и в других электротехнических конструкциях.

Высокие электрические и механические свойства термореактивных компаундов, которые после отвердевания не размягчаются и не вытекают при нагревании, позволили создать монолитную и литую изоляцию. Такой тип изоляции дает возможность получения изделий в виде малогабаритных блоков (катушки аппаратов, радиосхемы).

 

Выводы: основные отличие лаков от компаундов:

- компаунды не содержат растворителей;

- лаки образуют пленку на  поверхности изделия, а компаунды заполняют объем (этим и обусловлено их различное применение в электротехнике);

- пленкообразование лаков –  необратимый процесс, а термореактивные  компаунды способны изменять состояние многократно;

- существуют лаки с высокой  проводимостью, но нет таких  компаундов.

 

Проводниковые материалы

 

75. Опишите характер  электропроводности проводниковых  материалов.

Обычно под проводниковыми материалами  понимают металлы, сплавы и различные углеродсодержащие материалы, не рассматривая совместно с ними электролиты – проводники второго рода.

Важнейшие характерные свойства электропроводности проводниковых материалов, и существенно отличающие их от полупроводников и диэлектриков:

1) Высокая электропроводность. Диапазон значений удельного сопротивления ρ проводников при нормальной температуре довольно узок: от 0,016 для серебра до примерно 10 мкОм·м для железохромоалюминиевых сплавов и до единиц Ом×м для углеродсодержащих проводников.

2) Поведение удельной проводимости g или обратной ей величины — удельного сопротивления r, в том числе температурная зависимость.

3) Явления, связанные с выходом электронов за пределы проводника. Поведение удельной проводимости и удельного сопротивления проводников описано связью плотности тока J и напряженности электрического поля в дифференциальной форме закона Ома: